阐述三冲量控制系统在锅炉汽包液位的应用
汽包水位三冲量调节系统
汽包水位三冲量调节系统
汽包水位三冲量调节系统是指汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号作用于调节器上，即三个被控变量对应一个调节器。
工作原理：汽包水位作为主信号，水位变化，调节器输出发生变化，继而改变给水流量，使水位恢复到给定值；
蒸汽流量作为前馈信号，防止“虚假水位”使调节器产生错误的动作；
给水流量作为反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰，
使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。
调节过程：根据串级控制系统选择主、副控制器的正、反作用的原则，水位控制器LC反作用选反作用，流量控制器FC为正作用，调节器为气关阀。
当水位由于扰动而升高时，因LC反作用，它的输出下降，进入加法器后，使FC给定值减小而输出增加，调节
阀的开度减小，给水流量FA2101减小，水位下降，保持在设定值上；当蒸汽流量
FAQ2102增加时，FC给定值增加而输出减小，调节阀的开度增加，给水流量增加，保持水蒸汽平衡，使水位不；副回路克服给水自身的扰动，要进一步地稳定了水位
的自动控制；给水流量FA2101增加，FC输出增加，调节阀的开度减小，给水量减
小，从而保持水蒸汽平衡。
过程控制课程设计锅炉汽包水位三冲量控制系统
过程控制课程设计论文题目：锅炉汽包水位三冲量控制系统目录第1章绪论 (3)1.1锅炉的工作过程简介 (3)1.2锅炉液位控制的难点 (4)第2章锅炉汽包水位特性及其控制 (5)2.1锅炉汽包水位的特性 (5)2.1.1汽包水位在给水流量W作用下的动态特性 (5)2.1.2汽包水位在蒸汽流量D扰动下的动态特性 (7)2.1.3汽包水位在燃料量B扰动下的动态特性 (8)2.2汽包水位控制方式 (9)2.2.1 单冲量控制方式 (9)2.2.2 双冲量控制方式 (10)2.2.3 三冲量控制方式 (11)第3章仪表选型 (13)3.1 液位变送器的选择 (13)3.2 压力传感器/变送器 (14)3.3 控制器的选择 (15)3.4 执行器的选择 (16)3.5 控制器的作用方式 (16)3.6 阀的开闭选择形式 (16)第4章参数整定 (17)4.1 PID对控制的影响 (17)4.2 PID控制器的参数整定 (18)第5章设计心得 (19)第6章参考文献 (20)第1章绪论锅炉是发电和供热生产过程中的主要动力设备，汽包水位则是确保安全生产稳定性、经济性以及提供优质蒸汽的一个重要监控参数，必须保持在某一期望值附近。
它反映了锅炉蒸发量和给水量之间的一种动态平衡关系。
水位高会导致蒸汽带水进入过热器并在过热管内结垢，使传热效率和蒸汽品质下降，影响供气的质量；过低时会破坏部分水冷壁的水循环，影响省煤器运行效率，甚至造成干锅和锅炉爆炸的危险。
因此汽包水位必须控制在一定范围内，而影响锅炉水位的因素很多，最主要的是蒸发量和给水量的波动。
汽包锅炉给水控制系统的作用是使锅炉的给水量自动适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在一定范围内波动，这对机组的安全、稳定、经济运行有着重要的影响。
由于控制对象在给水量扰动时有一定的惯性，而且在负荷扰动时又存在虚假水位，故采用串级三冲量给水控制系统能有效地消除这些扰动。
该系统以汽包水位为主信号，任何导致水位变化的扰动都会使调节器动作；蒸汽流量是前馈信号,它的作用是防止虚假水位引起的调节器的误动作，改善蒸汽流量扰动时的调节质量；给水流量是介质反馈信号，因给水流量信号对给水流量变化的响应很快，使调节器能够在水位还没变化时就对前馈信号的变化作出反应，消除内扰，使调节过程比较稳定，充分保证了调节系统的稳定运行。
锅炉汽包三冲量
①
下降管
水 水
下联箱
水
水冷壁
上联箱
汽水混合物
导汽管
汽水混合物
①
饱和蒸汽 过热蒸汽
过热器
汽轮机调节级
Industry
锅炉的工作过程及系统
煤、风、烟系统
冷空气 烟气 烟气 烟气
烟囱
空气预热器
（二次风） 原煤
引风机
除尘器
灰渣沟
细微灰粒
排粉风机
（一次风） 烟气 烟气
给煤机
磨煤机
风、粉
燃烧器
炉膛
水平烟道
Industry
三冲量控制的优点
三冲量控制的优点
• 蒸汽流量信号的引入，及时消除了蒸汽流 量波动对汽包液位的影响，有效防止“假 液位”现象引起控制系统的误操作。 • 给水流量信号的引入，能快速克服给水压 力波动对汽包液位的影响。
• 提高了整个控制系统的精度。
Industry
常见故障和处理措施 常见故障和处理措施
• 常见故障一般是出现“虚假液位”，容易烧 干锅炉。此时，仪表人员应该检查汽包液位 的真实性，做好相应处理。 • 如果调节阀线性不好，出现DCS控制室调节 阀的输出信号和现场阀位的开度对不上，仪 表人员应联系好工艺人员，办理作业票，及 时到现场进行校验。
Industry
常见故障和处理措施
• 若给水流量突然波动，FC来不及进行做相 应的变化，及时按干扰量进行控制，应该 检查FC的PID参数是否设置合适。 • 此外在设计、安装调试或大检修时，应该 检查LC，FC调节器的正、反作用是否合适， 有无更改过等，以及检查调节阀的作用方 式是气关或气开，是否满足工艺安全生产 的要求等。
两冲量组态
三冲量控制系统的设计及应用_刘忠
１９
然不等于１ ，即使使用质量流量，由于排污要放出一部分 水，进水量要稍大于送出蒸汽量，具体数值还要根据工 程经验而定。
当变送器采用开方器时，
（６） （ 从加法器输入端看） （７）
Ｈ＝Ｈ１＋Ｈ２ （１） 用传递函数来描述可以表示为：
１ 汽包水位的动态特性分析 １ ． １ 蒸汽负荷（蒸汽流量）对水位的影响
在传热过程不变的情况下，当出口蒸汽用量突然增 加，瞬间必然导致汽包压力下降， 汽包内水的沸腾加剧， 水中气泡迅速增加，使得汽化量突然增多，将整个水位 抬高，形成假上升液位现象。在蒸汽流量干扰下， 水位变 化的阶跃响应曲线如图１ （ ａ ） 所示。
０ 前 言 汽包水位是汽包运行的主要指标，水位过高会影响
汽包的汽水分离，增加蒸汽携带的水份， 汽水品质恶化， 导致透平进水，损坏叶片。水位过低， 则由于汽包内的水 量较少而负荷却很大，水的汽化速度很快，因而汽包内 的水量变化速度很快，破坏汽包与水冷壁间的水循环， 如不及时控制就会使汽包内的水全部汽化，导致汽包破 坏或爆炸。因此，汽包水位的控制是保证汽包安全运行 的最重要条件之一。
三冲量控制系统的设计及应用
刘 忠 （ 南京化工职业技术学院自动控制系 江苏南京，２ １ ０ ０ ４ ８ ）
摘 要 ： 详细地介绍了蒸汽负荷和给水流量的突然变化对高压汽包液位的影响，对传统的单冲量和双冲量控 制在克服假液面和给水干扰方面的缺点进行了深刻的剖析，对具体的装置给出了三冲量控制系统的设计方案及参 数计算方法，并简单地介绍了该控制系统的配置。
由于单冲量和双冲量控制系统本身的缺陷，所以在 大型的蒸汽锅炉或高压汽包液位控制中大多采用三冲量 控制系统。该控制系统就是在双冲量控制系统的基础上 引入给水流量信号，利用水位、蒸汽流量和给水流量三 个参数进行液面控制，控制系统构成如图２ 所示。
MATLAB技术在锅炉汽包三冲量调节系统中的应用
MATLAB技术在锅炉汽包三冲量调节系统中的应用摘要：在现代火力发电领域中，蒸汽锅炉扮演着十分重要的角色。
锅炉控制领域中，用PI-PID串级控制器实现对蒸汽锅炉给水系统的控制可以提高效率从而达到节能减排的目的。
在这个过程当中，三冲量调节系统可以很好的控制锅炉汽包水位，使蒸汽锅炉汽包水位在给水流量、蒸汽流量、给定水位信号的作用下响应的快速性、稳定性、动态性能好。
本设计采用经验法选用合适的参数并经过处理，通过MATLAB软件编程得到其仿真图像，经过计算和分析之后确定出合适的整定参数以实现满意的效果。
关键词：三冲量；PI-PID串级控制；MATLAB仿真；参数整定；节能减排1火力发电与蒸汽锅炉及其三冲量原理蒸汽锅炉是由“锅”和“炉”两部分组成的。
锅就是蒸汽锅炉的汽水系统，如图1所示。
由汽包、下降管、过热器、上升管、给水调节阀、给水母管、蒸汽母管、蒸汽阀门及PID控制器等组成。
蒸汽锅炉的给水用给水泵打入省煤器，在省煤器中，水吸收烟气的热量，使温度升到本身压力下的沸点，成为饱和水然后引入汽包。
【1】汽包中的水经下降管进入锅炉底部的下联箱，随即又回入汽包。
水在水冷壁管中吸收炉内火焰直接辐射的热，在温度不变的情况下，一部分蒸发成蒸汽，成为汽水混合物。
汽水混合物在汽包中分离成水和汽，水和给水一起再进入下降管参加循环，汽则由汽包顶部的管子引往过热器，蒸汽在过热器中吸热，升温达到规定温度，成为合格蒸汽送入蒸汽母管。
图1 蒸汽锅炉汽包液位三冲量控制系统图根据上图我查了下资料找了下关于此图的传递函数，【2】其内容为下：图中给水量W与锅炉汽包水位H的传递函数为：(1)蒸汽流量D与锅炉汽包水位H的传递函数为：(2)给水流量变送器传递函数：(3)汽包水位变送器传递函数为：(4)动态前馈补偿传递函数为：(5)根据以上的函数我将这些函数根据其内容化成原理图【2】如下所示：图2 锅炉汽包液位三冲量控制系统框图三冲量即图中L为汽包液位，Fw为给水流量，Fs为蒸汽流量。
基于单片机的锅炉三冲量水位控制系统
1.1 工作流程
所有电厂锅炉，虽然燃料种类各不相同，但蒸汽发生系统和蒸汽处理系统是基本 相同的。常见的锅炉设备的主要工艺流程图如图 1.1 所示。
1 燃烧嘴；2 炉膛；3 汽包；4 减温器； 5 炉墙；6 过热器； 7 省煤器； 8 空气预热器 图 1.1 锅炉设备主要工艺流程
由图可知，燃料和空气按一定的比例送入燃烧室燃烧，生产的热量传递给蒸汽发 生系统，产生饱和蒸汽。然后经过热器，形成一定气温的过热蒸汽 D，汇集至蒸汽母 管。压力为 PM 的过热蒸汽，经负荷设备调节阀给负荷设备用。与此同时，燃烧过程中 产生的烟气，除将饱和蒸汽变成过热蒸汽外，还经省煤气预热锅炉给水和空气预热器 预热空气，最后，经过引风机送往烟囱，排入大气。
引言 .................................................................. xi 1 火电厂锅炉基本知识 ................................................. xii 1.1 工作流程 ......................................................... xii 1.2 主要控制系统 .................................................... xiii 2 汽包水位系统控制方案 ............................................... xiv 2.1 汽包水位的动态特性 ............................................... xiv 2.1.1 汽包水位在给水流量作用下的动态特性 ........................... xv 2.1.2 汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性 ......................... xvii 2.2 汽包水位控制技术分析 ........................................... xviii 2.2.1 位式控制系统 ................................................ xix 2.2.2 比值控制系统 ................................................ xix 2.2.3 单冲量控制系统 ............................................... xx 2.2.4 双冲量控制系统 .............................................. xxi 2.2.5 三冲量控制系统 ............................................. xxii 2.3 设计方案的确定 ................................................. xxiii 3 硬件电路设计 ...................................................... xxiv 3.1 最小系统设计 ..................................................... xxv 3.1.1 CPU 的选择 .................................................. xxv 3.1.2 时钟电路设计 ............................................. xxviii 3.1.3“看门狗”电路设计 .......................................... xxix 3.2 输入通道的设计 ................................................... xxx 3.2.1 传感器的选择 ............................................... xxxi 3.2.2 A/D 转换 ................................................... xxxv 3.3 输出通道的设计 ............................................... xxxviii 3.3.1 D/A 转换 .................................................. xxxix 3.3.2 V/I 电路设计 ................................................ xli 3.3.3 执行器的选择 ............................................... xlii 3.4 键盘/显示电路设计 .............................................. xliii 3.4.1 键盘电路的设计 ............................................ xliii 3.4.2 显示电路设计 ................................................ xlv 3.4.3 芯片 8155H 扩展电路 ......................................... xlvi 3.5 报警电路设计 .................................................. xlviii 4 软件设计 .......................................................... xlix 4.1 主程序设计 ...................................................... xlix 4.2 定时中断子程序设计 .............................................. xlix 4.3 采样子程序设计 .................................................... li
锅炉汽包液位采用什么方式控制，有何特点？
锅炉汽包液位采用什么方式控制，有何特点？
锅炉液位控制不比其它储罐或槽罐等液位控制，因为锅炉液位最明显的特征就是容易产生虚假液位，所以在控制过程中得用复杂控制。
虚假液位的产生主要有运行中负荷或燃烧状况变化、给水量的增加或减少及安全阀动作和突然熄火都会引起锅炉汽包虚假液位产生。
虽然在锅炉液位控制方面有单冲量、双冲量、三冲量控制，但是考虑到虚假液位常用的是双冲量甚至三冲量控制。
锅炉液位液位双冲量控制图
锅炉汽包液位采用双冲量控制的特点
如上图，双冲量是在单冲量基础上引入汽包出口蒸汽流量作前馈信号。
其实把蒸汽流量引入的目的就是为了消除虚假液位影响控制器的调节。
锅炉汽包液位采用双冲量控制的特点是缩短控制过程的时间，而
且还改善了控制系统的静态特性，提高控制质量。
上面说到锅炉运行中由于负荷变化较频繁，因此双冲量也能很好的完成控制任务。
锅炉汽包液位三冲量控制图
锅炉汽包液位三冲量控制
如上图，三冲量控制它是在双冲量控制基础上引入汽包液位的给水量作信号，因此由汽包液位是、汽包蒸汽出口流量、汽包给水量组成三冲量。
图中的三冲量控制，主冲量为汽包液位、辅助冲量为蒸汽流量、给水量，因此三冲量控制可以理解为前馈加反馈形成的复杂控制系统。
锅炉汽包液位控制采用双冲量或三冲量控制，一般在小型锅炉汽包液位控制采用双冲量，而在大型锅炉汽包液位控制采用三冲量，由于大型锅炉控制比小型锅炉控制更加复杂，而三冲量控制系统的多种组合形式刚好能满足锅炉汽包液位的控制需求。
汽包水位三冲量调节系统
汽包水位三冲量调节系统是指汽包水位、蒸汽流量和给水流量三个信号作用于调节器上，即三个被控变量对应一个调节器。
工作原理：汽包水位作为主信号，水位变化，调节器输出发生变化，继而改变给水流量，使水位恢复到给定值；
蒸汽流量作为前馈信号，防止“虚假水位”使调节器产生错误的动作；
给水流量作为反馈信号，使调节器在水位还未变化时就可根据前馈信号消除内扰，
使调节过程稳定，起到稳定给水流量的作用。
调节过程：根据串级控制系统选择主、副控制器的正、反作用的原则，水位控制器LC反作用选反作用，流量控制器FC为正作用，调节器为气关阀。
当水位由于扰动而升高时，因LC反作用，它的输出下降，进入加法器后，使FC给定值减小而输出增加，调节
阀的开度减小，给水流量FA2101减小，水位下降，保持在设定值上；当蒸汽流量
FAQ2102增加时，FC给定值增加而输出减小，调节阀的开度增加，给水流量增加，保持水蒸汽平衡，使水位不；副回路克服给水自身的扰动，要进一步地稳定了水位
的自动控制；给水流量FA2101增加，FC输出增加，调节阀的开度减小，给水量减
小，从而保持水蒸汽平衡。
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阐述三冲量控制系统在锅炉汽包液位的应用
在矿业企业原料的开采、加工、成品等一系列生产过程中，锅炉几乎是其中枢神经，故而其技术标准和安全操作就显得至关重要。
但是在锅炉生产的过程中，控制它的汽包液位仍旧是一个技术难题。
1 锅炉汽包液位
在锅炉生产中，汽包液位是一项重要的工艺指标。
通常情况下，汽包液位过高，可能造成过节器结垢，汽轮机叶片损坏；而汽包液位过低，会使水汽失衡，严重的会引起爆炸。
同时在实际工艺中，还经常出现蒸汽负荷波动、给水量改变而引起的虚假液位现象。
基于种种原因，我们需要对锅炉汽包液位进行有效控制。
1.1 虚假液位
在锅炉的运行中，出现虚假液位现象的主要原因是汽包内部压力的改变。
通常在蒸汽负荷以及锅炉的工况发生改变时，汽包内部的压力也会发生相应的改变。
举例来说，某锅炉的燃烧强度保持不变，蒸汽的负荷却增加。
为了保持水位，大都会将汽包内的一部分蒸汽流量取出。
然而燃料强度却并未增加，这就造成汽包内的压力下降、沸腾加剧，出现大量气泡，这些气泡会抬高锅炉内的水位，待气泡破坏后，水位才能够恢复。
这个短暂的提高水位的现象就是虚假液位现象。
发生这种现象后，如不及时控制，经常会造成给水流量和蒸汽负荷的反向运行，不利于调节器的正常工作。
1.2 锅炉汽包液位的控制要求
对锅炉汽包液位控制通常会采用三种方式，即单冲量、双冲量、三冲量。
其中，冲量可以理解为变量。
单冲量控制采用的是单回路调节系统，在调节中，汽包液位是被控变量，而给水流量是调节变量，由于其独有的特性，故而单冲量控制系统适用于蒸汽负荷变化小而停留时间长的锅炉系统。
同时这种控制系统在调节的过程中，仍旧会出现因蒸汽负荷增加产生“假液位”的现象。
双冲量控制系统增加了蒸汽流量前馈信号功能，旨在消除“假液位”现象，比单冲量控制系统更加精确先进，然而在使用的过程中，由于给水流量信号无法反馈，故而影响锅炉汽包液位的正常使用和运行。
针对单冲量和双冲量的缺陷和不足，设计了三冲量控制系统。
它将汽包液位、蒸汽流量和给水流量作为三个信号，通过前馈-串级反馈系统来调节水位。
三冲量控制系统是一种较为完善的、安全的、准确的汽包液位控制系统。
2 三冲量控制系统
2.1 三冲量控制系统的构成
在三冲量控制系统中，汽包液位、蒸汽流量及给水流量等3个被控变量会安装相应的调节器，在锅炉运行的过程中，这三个信号作用于调节器，会适时调整，做相应的改变。
而且三冲量控制采用的是前馈-串级反馈控制系统，其系统的构成图如下：
从图中可以看出，在三冲量控制系统中，汽包液位、蒸汽流量、给水流量都是串联关系，其中汽包液位是三者中的主冲量，能够反映整个汽包的工作状态和运行状况；而蒸汽流量和给水流量分别担任辅助冲量，蒸汽流量就是一个前馈系统，通过这个系统，能够消除“假液位”现象，保证整个系统的准确性；给水流量是一个反馈系统，它能够副回路减少水压改变对汽包液位的影响。
主冲量和辅助冲量之间相互配合、相互影响，共同保证前馈-串级反馈的三冲量控制系统的正常有效运行。
2.2 三冲量控制系统的工作原理
三冲量控制系统的工作原理是：将三个信号中的汽包液位当做主信号，当锅炉中的水位改变时，与之相对应的调节器输出也会发生相应的变化，在此基础上的给水流量也会发生改变，这样就能够使锅炉的水位达到给定值。
在这个过程中，蒸汽流量充当着前馈作用，其作用是防止“假液位”干扰调节器的工作。
而给水流量充当着反馈的作用，当前馈的蒸汽流量发出干扰信号时，给水流量会在锅炉水位未改变之前，消除这种干扰，使调节器正常工作，使给水流量更加稳定。
3 三冲量控制系统在锅炉汽包液位中的应用
在锅炉生产中，三冲量控制系统作为前馈-串级反馈系统，其运行遵循着主控制器的正作用和副控制器的反作用原则。
在三冲量控制系统中，流量控制器FC 作为主控制器，起着正作用功能；水位控制器LC作为副控制器，起着反作用的功能；而调节器则起着调节阀的作用。
通常当锅炉的水位升高时，LC就会产生反作用，其输出就会相应减少，通过加法器，FC的给定值减少，而调节器的输出却增加，故而要减小调节器的阀门开度，缩小FA2101（给水流量），使水位下降至给定值。
在FAQ2102（蒸汽流量）增加的情况下，FC的给定值会相应的减少，而调节器的输出增加，故而要扩大调节器的阀门开度，增加给水流量，平衡蒸汽流量，使水位保持在给定值上。
当FA2102（给水流量）增加时，FC调节器的输出也会相应增加，这时要减小调节阀开度，减少给水流量，平衡蒸汽流量，保持水位不变。
另外，在选择给水流量的调节阀时，要保证锅炉的安全。
比如当生产的热源是蒸汽时，就应该选择气关阀来保护锅炉；而当蒸汽的供给超过蒸汽压缩机时，就应该选择气开阀来保护锅炉设备。
通过三冲量控制系统，能够利用调节器的开关阀对锅炉生产中的汽包液位、蒸汽流量和给水流量进行有效调节，消除了“虚假液位”现象，保证水位的稳定，很好地控制了锅炉汽包液位，保证整个锅炉系统和整个生产工艺的安全可靠，同时也促进了锅炉生产技术的改进和完善。
参考文献
[1]魏方合.锅炉汽包液位的三冲量控制系统[J].河北化
工，2012，29（3）：41-42.
[2]买丽叶木.三冲量控制系统在锅炉汽包液位的应用[J].
纯碱工业，2010，（3）：36-37.。